應用於無人機的風力-磁力-壓電振動獵能裝置

doi:10.6846/TKU.2021.00502

淡江大學機構典藏 > 工學院 > 航空太空工程學系暨研究所 > 會議論文 > Item 987654321/127200

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Title:	應用於無人機的風力-磁力-壓電振動獵能裝置
Authors:	王怡仁;張晉維;林宸宇;許阡妤;黃柏詮;馬育瀚
Keywords:	非線性振動;多尺度法;內共振;獵能;壓電材料
Date:	2023-11-25
Issue Date:	2025-03-20 12:14:42 (UTC+8)
Abstract:	本研究設計一個透過風力驅動改變磁鐵相互之斥力，以驅動彈性鋼片振動之獵能系統。吾人以一非線性彈性樑模擬此振動裝置，彈性樑一端為固定，並在此樑之自由端上附加磁鐵；此時，於對向裝置一受風力驅動旋轉的磁鐵，產生相互斥力，激擾此彈性樑，使橫樑產生更大的振幅。另外，除了使用傳統的單一彈性鋼片(Single Elastic Steel Sheet, SESS)的系統，吾人也探討片以拍擊產生電能之雙片彈性鋼片(Double Elastic Steel Sheet, DESS)系統，比較兩系統之間的差異。本研究也設計結合SESS與DESS系統的2-PZTs系統，來討論同時裝置兩片壓電片時的2-PZTs系統與其他獵能系統比較。首先，吾人使用牛頓第二運動定律、三維尤拉角座標轉換、泰勒展開式與Bernoulli-Eular Beam理論模型，推導非線性彈性樑之運動方程式；並將壓電片的壓電方程式，結合到非線性彈性樑之運動方程式中。此外，並以多尺度法(Method of Multiple Scales)分析此非線性系統，繪製出此系統的定點圖(Fixed Points Plot)，透過定點圖來推斷系統有無內共振的產生。利用小擾動法(Perturbation Technique)及數值法驗證理論架構之正確性，本研究也使用四階Runge-Kutta法用以求出理論電壓值。最後，吾人以實驗分別驗證此系統的自然振動模態與理論分析的頻率值，及系統的功率與理論電壓，證明理論預估模式能預估實驗之結果。本研究未來希望能藉由此風力及磁力驅動之壓電獵能系統應用在無人機或直升機上，收集其產生的向下氣流，控制及應用這些可能浪費掉的能量並回收利用，為此領域的綠色能源做開發與鋪路，應用範圍將十分廣泛。
Relation:	2023中華民國航太學會學術研討會，論文編號:1081
DOI:	10.6846/TKU.2021.00502
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